模拟电子技术发展

摘要：本文将简单回顾模拟电子技术的发展历史，主要介绍模拟电子技术的现状与应用，最后将对模拟电子技术与自动化的联系，进行分析。

关键词：模拟电子技术、历史、前沿、自动化专业Abstract:This article will briefly review the history of the development of asimple electronic technology , introduces the status and application of analog electronics technology , and finally introduces the relation with automation major.一：前言模拟电子技术是电子技术的一个方面，在这一领域里，数学、物理学、信息工程、电气工程与自动化控制工程等学科找到了一个和谐的结合点，其深厚的理论基础和广泛的实际应用使其具有旺盛持久的生命力。

因而，对于许多有关的学科来说，模拟电子技术是一门非常重要的基础理论课。

一般来说，模拟电子技术的是一门应用性、实践性很强的学科。

本课程主要研究各种半导体器件的性能、电路及其应用。

这门课程概念很多，并且深奥难懂。

但是，在理工科学习专业知识的过程中，它起到了很重要的作用。

它不仅为今后的课程打下基础，而且对于培养我们分析问题和解决问题的能力也非常重要。

因为当今的模拟电子技术已从一门较单纯的学科成了许多学科所共有的基础理论，这一演变过程充满了人类智慧的结晶，充满了科学思想甚至哲学概念上的进化。

因此，模拟电子技术已被列为有关专业如电子信息工程、通信工程等电类专业的专业必修课。

二、模拟电子技术发展概况[1]（1）电子器件的产生电子技术是在通信技术发展的基础上诞生的。

随着新型电子材料的发现，电子器件发生了深刻变革。

自1906年，福雷斯特发明了电子管以来，世界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。

电子器件是按照“电子管——晶体管——集成电路”的顺序，布发展起来的。

一、第一代电子器件——真空电子管1904年美国Fleming发明了真空二极管。

1906年美国Leede Forest发明了真空三极管，是电子学发展史上的第一个里程碑。

用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。

二、第二代电子器件——晶体管1947年在贝尔实验室制成第一只晶体管电子技术进入晶体管时代。

1948年，美国的W.Shocly等发明了半导体三极管，其性能明显优越于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。

晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。

尽管由晶体管组成的电路具有体积小、重轻、功耗低、电路性能稳定可靠等一些列优于电子管的的特性，但成百上千只晶体贾娜和其他元件组成的分离点了体积大、焊点多、可靠性差。

三、第三代电子器件——集成电路1958年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。

集成电路是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定规则的电路互连，集成在一块半导体单晶片上，执行特定电路或系统功能。

集成电路岸集成度可分作小规模集成电路、中规模集成电路和大规模集成电路。

当前，微电子已经成为最具发展前途的产业，微电子水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。

（2）模拟电子技术的发展历史模拟电子技术是整个电子技术和电力技术的基础，在信号放大、功率放大、整流稳压、模拟量反馈、混频、调制解调电路等领域具有无法替代的作用。

一：分立元件阶段该阶段主要由1905年——1959年。

在这几十年中，真空三极管问世，且用它构成的电子电路能够产生从低频到微波范围的振荡，可以放大各种微弱的信号。

从而使电子技术进入了实际应用阶段。

时间推移至20世纪40年代末，出现了晶体三极管，由于晶体管具有体积小，轻重量，功耗低，工作可靠性高等一系列优点，使它在许多领域中取代了电子管。

自从晶体管出现，电子电路进入了晶体管电路阶段。

二：集成电路阶段该阶段从1959开始，即集成电路的问世开始，强烈地推动了整个电子技术的历程。

集成电路由起初的小规模集成电路（SSI）发展到中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）。

形成了集成度逐渐提高，器件尺寸逐渐减小的格局。

目前，单片集成度已经能够达到数千个元、器件，从而可将器件、电路与系统融合于一体，构成一个集成电子系统。

大规模和超大规模集成电路的出现，使电子技术装置发生了根本变化。

电子设备的功能、速率、体积、功耗、可靠性诸方面都取得了惊人的成就。

一场电子技术的革命已经在当今科技的大环境中掀起，电子技术发展至今，已经进入了“微电子学”时代。

这是一个新纪元，也是新一代电子技术的起点！三、模拟电子技术现状(1)模拟电子技术的应用[2]模拟技术主要应用于和各种模拟量接口的场合。

进入二十一世纪以来，模拟技术有了飞速的发展。

这主要得益于消费类电子产品的飞速发展，不仅是和娱乐密切相关的音视频产品的快速发展，而且还有游戏类，保健类等产品的快速发展。

音视频的输入输出都是模拟量必须采用模拟的接入，经过数字处理，再变回模拟量以供人耳及人眼接收。

除了人的听觉、视觉、触觉都是接收模拟量以外，其他自然界的物理量也都是模拟量，过去像这些温度、压力等等各种物理量主要是用在工业测量和控制中，而现在也开始广泛地应用到各种个人消费类产品中。

例如电子体温计、电子血压计。

最新的人机互动的游戏机Wii以及用于保健的Wii Fit，就是采用了最新的加速度测量芯片。

此外，因为大多数消费类产品都是便携式的，大多数都是电池供电，因而以电池为初级电源的各种电源功率器件也得到飞速发展。

例如充电管理器、线性低压降稳压器、各种直流变换器等。

（2）模拟电子技术发展前景[2]一：高集成化、大容量化、超小型化、大型化半导体集成电路是信息化社会的“神经”电路。

设计尺寸15年缩小1个数量级，1970年为10μm，1985年1μm，1995年0.3μm，2000年0.1μm。

此外，已有能够工作的0.04μm 器件。

虽然似乎还没有达到物理极限，但人们已在讨论后微米时代。

DRAM集成度的提高，继续保持3年4倍的速度。

1970年DRAM集成度为1kb，1980年64kb，1995年64Mb，2000年1Gb2014年单片256Gb的存储芯片可付诸实用。

1970年使用50mm的晶圆片，1980年125mm，1995年200mm，2001年300mm，400mm晶圆片已开始研发，未来晶圆片可望达1m。

非挥发性存储器之～EPROM的集成度从1992年的4M开始，1996年64M量产，2017年可望出现100Gb以上的非挥发性RAM。

二：低功耗、易使用性和高生产率当前的信息化，无论它的传输、存储，还是加工处理，一切都使用半导体，半导体技术无疑是信息社会的基础。

半导体LSI的发展方向有两方面：①开发新的芯片结构：②引入新材料。

为防止地球升温正积极开发太阳电池清洁能源。

在减少功耗方面，计划开发功耗不到10mW，而性能达10GIPS的处理器。

电话之后是可视电话，宽带无线终端前途可期，语音识别、自动翻译等功能将一一实现。

三：高速化、超平列化、高感度化LSI的开关速度可提高到1皮秒以下，高频宽带固体放大器将达100～1000GHz。

取代晶体管的新器件课题有“具有放大功能的超导3端器件”，“单原子工作的超高速、超高集成开关器件”，“TIPS(103GIPS)级微处理器”，“10～100nm分辨率的x射线显微镜”，“100万神经元规模的半导体神经芯片”以及“高温超导材料”，等等。

(3)当今电子技术发展趋势[3]当今电子技术领域着眼于绿色环保与节能方向的产品研发。

2009年10月，日本最大的电子展“CEATEC TAPAN2009”在幕张国际会展中心开幕，以“数字融合：创造明天连通未来”为主题的展览，向世界展示了当今最领先的电子元件产品。

例如村田研发的锂离子二次电池，可以更加充分地利用原有锂离子电池进行二次供电。

同时，村田公司亦展示了最新产品在燃料电池和太阳光发电等清洁能源领域中的应用。

增加设备附加功能的展区重点展示了通信模块和传感器技术，包括低功耗蓝牙、WirelessHD视频传输模块、WiFi、RFID应用等模块产品以及各种最新传感器技术。

特别是指纹认证和生物特征传感器令人眼前一亮。

展示还包括只能通过放大镜观看的最小陶瓷电容器等节省空间的元件以及抗噪声和ESD保护解决方案技术。

而目前节能的最大特点就是模拟和数字相结合。

具体来说，过去的电源几乎是完全模拟式的。

以后出现了开关电源，就大大提高了它的效率。

同样，过去的功率放大器几乎全部是模拟式的。

自从出现了D类功率放大器以后，其效率提高了3－5倍。

因此，可以认为，在功率放大器方面，目前正在经历着一场从模拟到数字的革命。

当然不论是开关电源或是D类功率放大器也完全不同于一般意义上的数字技术。

所以这实际上是一种模拟和数字相结合的产品。

为降低黑色家电能耗的D类功率放大器和用于LCD液晶屏的LED背光恒流驱动。

这两种技术对于黑色家电的节能起着极其重要的作用。

(4)具体技术举例一：EDA技术[3]电子设计技术的核心就是EDA技术。

EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。

目前设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。

二：纳米电子技术[4]纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。

纳米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学功能、特性以及加工组装技术。

其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。

其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。

三：新一代蜂窝技术pCell，要颠覆无线产业[5]新一代蜂窝技术pCell能够让人们拥有随身手机信号，不仅速度是现今其他移动运营商信号速度的1000倍，而且这个信号只属于个人，不用与他人分享共用。

“大家的手机上都将装备一个大小约一厘米的小型单元，其将为你带去惊人的单元密度。

在一厘米的小空间里，每个人都能够获得频道全光谱。

”帕尔曼解释道。

其实也就是，借助当今的网络，每条天线都会生成一个庞大的无线信号单元，即覆盖几个街区并且由该区域内所有手机共同享有的巨大无线电波。